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1、第第2 2章章 直流电机的机械特性直流电机的机械特性直流电动机的机械特第2章 直流电动机的机械特性本章的内容2.1直流电机的基本结构及类型2.2直流电机的基本原理2.3直流电动机的机械特性2直流电动机的机械特2.1 直流电机的基本结构及类型1.直流电机的功能作用利用电与磁的相互作用，实现“电能 机械能”的转换； 电磁作用的基本定律电磁作用的基本定律1）电磁力定律： （左手定理）载流导体在磁场中，受电磁力作用；2）电磁感应定律：（右手定理） 运动导体切割磁力线，产生感应电动势；3直流电动机的机械特2.1 直流电机的基本结构及类型2.直流电机的基本结构1）基本结构组成）基本结构组成定子部分定子部分
2、作用产生磁场；由主磁极、机座、轴承、电刷装置等组成。转子部分转子部分作用产生电磁力矩；由电枢绕组、电枢铁心、转轴等组成。换向器：换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。4直流电动机的机械特2.1 直流电机的基本结构及类型2.直流电机的基本结构1）基本结构组成）基本结构组成定子部分定子部分作用产生磁场；由主磁极、机座、轴承、电刷装置等组成。转子部分转子部分作用产生电磁力矩；由电枢绕组、电枢铁心、转轴等组成。换向器：换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。5直流电动机的机械特2.1 直流电机的基本结构及类型2.直流电机的基本结构2）直流电机的等效电路）直流电机的等效电路RRBIBUIUBE
3、+-+-nI IB FnFU +_6直流电动机的机械特2.1 直流电机的基本结构及类型3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式分A.永磁电机小功率B.励磁电机他励电机串励电机并励电机复励电机励磁电机：nI IB FnFU +_RRBIBUIUBE+-+-7直流电动机的机械特他励电机串励电机并励电机复励电机2.1 直流电机的基本结构及类型3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式分RUIE+-nI IB FnFU +_A.永磁电机小功率B.励磁电机励磁电机：8直流电动机的机械特他励电机串励电机并励电机复励电机2.1 直流电机的基本结构及类型3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式
4、分RUIE+-nI IB FnFU +_A.永磁电机小功率B.励磁电机励磁电机：9直流电动机的机械特2.1 直流电机的基本结构及类型3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式分UIE+-他励电机串励电机并励电机复励电机nI IB FnFU +_A.永磁电机小功率B.励磁电机励磁电机：10直流电动机的机械特2.1 直流电机的基本结构及类型3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式分复励串励并励他励TnnI IB FnFU +_他励电机串励电机并励电机复励电机A.永磁电机小功率B.励磁电机励磁电机：11直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理1.电动机原理 电磁力定律： （左手定理）载
5、流导体在磁场中，受电磁力作用；nI IB FnFU +_图2-11直流电动机工作原理12直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理2.发电机原理 nI IB TnU +_电磁感应定律：（右手定理） 运动导体切割磁力线，产生感应电动势；图2-12直流发电机工作原理13直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理3.原理的应用 nI IB TnU +_1）电动机原理直流电机I，UT，n 直流电机I，UT，n 2）发电机原理应用：机电系统驱动控制电机：电 能 机械能，称可逆原理应用：机电系统制动控制nI IB FnFU +_14直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系n
6、I IB FnFU +_电磁力定律： （左手定理）载流导体在磁场中，受电磁力作用；1）电磁力矩方程）电磁力矩方程电磁力大小:电磁力方向：左手定律15直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程）电磁力矩方程电磁力定律： （左手定理）载流导体在磁场中，受电磁力作用；电磁力方向：左手定律导体电磁力矩：nI IB FnFU +_电磁力大小:16直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程）电磁力矩方程转子导体总电磁力矩电机的电磁力矩方程 （2-1） 式中 电机转矩常数； nI IB FnFU +_17直流电动机的机械特2
7、.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程）电磁力矩方程（2-1） 式中 电机转矩常数； 当磁场 一定时 转矩系数；式中nI IB FnFU +_18直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系2）电势方程式）电势方程式电磁感应定律：（右手定理） 运动导体切割磁力线，产生感应电动势；n IB TnU +_E（2-3）式中 电动势常数； nI IB FnFU +_19直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系2）电势方程式）电势方程式（2-3）式中 电动势常数； 当磁场 一定时 （2-3）电势系数；式中n IB TnU +_
8、EnI IB FnFU +_20直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系3）转矩平衡方程）转矩平衡方程式中为电机的空载阻转矩为电机的输出转矩为电机的负载转矩稳定运行时（2-5）nI IB FnFU +_21直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系n IB TnU +_E4）电压平衡方程）电压平衡方程（2-6） 电枢回路电压平衡方程nI IB FnFU +_22直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系）功率平衡关系由电压平衡方程，得式中（2-7）RaRBIBUIaUBEa+-+-为电动机从电源输入
9、的电功率为电枢回路的总消耗功率，称铜损耗（2-8）为电磁功率，转换成机械功率的部分电功率23直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系）功率平衡关系同理，由转矩平衡方程，得式中（2-9）为电磁功率为空载损耗，包括铁损耗和机械摩擦损耗为电机转轴上输出的机械功率（2-10）24直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系）功率平衡关系得电机功率总损耗其中为铁损耗为机械摩擦损耗为附加损耗25直流电动机的机械特2.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系）功率平衡关系他励电机稳态运行时的功率流程图2
10、6直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程根据稳定运行状态下的基本方程得机械特性方程（2-17）电流表达式力矩表达式（2-18）27直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程机械特性的表达方式1）特性方程（2-17）电流表达式力矩表达式（2-18）式中电机的运行条件参数电机的结构常数28直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程机械特性的表达方式2）特性曲线当参数U、R 及均固定不变时，机械特性曲线是一条直线
11、；由确定一条直线的方法：（1）已知：一个点的坐标和斜率；（2）已知：两个点的坐标；29直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程机械特性的表达方式3）特征参数理想空载转速特性斜率称为转速降落特性方程可写成30直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性定义：定义：在额定运行条件下，即UN、 N、R=Ra，所得到的机械特性为固有特性。理想空载转速特性斜率31直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性例题例题2-2已知：PN =75
12、kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，求：（1）理想空载转速；固有机械特性的斜率；额定转速降；（2）若负载转矩T=0.82TN（TN为额定电磁转矩），问电动机的转速、电枢电流以及电枢电动势为多大？32直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性解：理想空载转速特性斜率转速降落例题例题2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，33直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性
13、2固有特性固有特性解：例题例题2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，34直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性解：例题例题2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，35直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性例题例题2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra
14、=0.0192，解： 负载时的转速降（2）若负载转矩T=0.82TN（TN为额定电磁转矩），问电动机的转速、电枢电流以及电枢电动势为多大？36直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性例题例题2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，电机转速电枢电流电枢电动势得：37直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性定义人为改变运行参数（U, R, ），所得到机械特性。由机械特性的基本方程可人为改变的参数有：U、 R
15、、 ；38直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性1）改变电枢回路电阻的人为特性机械特性方程串入附加电阻Ri，保持UN与 N不变RaRBIBUNIaUBEa+-+-Ri理想空载转速转速降落39直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性2）改变电枢端电压的人为特性机械特性方程改变端电压U，保持Ra与 N不变理想空载转速转速降落RaRBIBUNIaUBEa+-+-40直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性3）改变磁通的人为特性机械特
16、性方程改变励磁磁通 ，保持Ra与UN不变改变磁通的方法改变励磁电阻 RB IB RaRBIBUNIaUBEa+-+-41直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性3）改变磁通的人为特性机械特性方程改变励磁磁通 ，保持Ra与UN不变RaRBIBUNIaUBEa+-+-理想空载转速转速降落42直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性3）改变磁通的人为特性机械特性方程改变励磁磁通 ，保持Ra与UN不变RaRBIBUNIaUBEa+-+-理想空载转速转速降落43直流电动机的机械特2.3 直流电
17、动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制应用：工程设计与性能分析基本方法：1）通过实测数据绘制；（用于实验室） a、测量 n、T； b、测量 n、I；2）根据电动机铭牌数据来绘制；（用于工程实际） 计算特殊工况点，绘制机械特性图44直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）基本方法：求：理想空载点（0、n0）、 额定运行点（TN、nN）；通过两点作直线，得固有特性 n = f ( T )； 45直流电动机的机械特
18、2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）（1）求理想空载点（0、n0）；理想空载转速电势系数计算 Ra46直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）用电桥或万用表实际测试计算 Ra按电枢的铜损耗估算（1）求理想空载点（0、n0）；47直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特
19、性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）理想空载转速电势系数（1）求理想空载点（0、n0）；48直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）（2）求额定运行点（TN、nN）额定电磁力矩 TN 的计算方法输出力矩电磁力矩方程49直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 I
20、N 、 PN 、 nN ）（3）作特性曲线图根据计算得：（0、n0）、 （TN、nN）；通过两点作直线图，得固有特性 n = f ( T )； 50直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制2）绘制人为特性n0nNTn0TNRaRa +Ri1Ra+Ri2Ri1Ri2已知：固有特性、附加电阻Ri， 求：人为特性基本方法：计算（0，n0）（TN、n）两点坐标，作直线；n0、 TN 与固有特性相同，需计算 ni 或 ninini转速降落（1）改变电枢电阻的人为特性曲线；51直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励
21、电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制2）绘制人为特性依据：nini主要结论：在转矩相同时，不同特性的转速降落n与其电枢回路总电阻 R = (Ra+Ri) 成正比； (2-33)n0nNTn0TNRaRa +Ri1Ra+Ri2Ri1U1U2n01n02TN理想空载转速53直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制2）绘制人为特性（3）改变磁通 的人为特性；基本方法：已知 i ，求 n0i和特性的斜率Ki，作人工特性；理想空载转速n0Tn0 N 1 2 N 1 2n01n02特性斜率54直流电动机的机械特2.3 直流电动机
22、的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制例题例题2-3 Z-86型他励直流电动机铭牌数据如下 PN=l0kW，UN=220V，IN=52.9A，nN=2250r/min。试求：（1）电动机固有特性曲线；（2）电动机额定输出转矩和空载转矩。55直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制例题例题2-3 Z-86型他励直流电动机铭牌数据如下 PN=l0kW，UN=220V，IN=52.9A，nN=2250r/min。试求：解：解：（1）计算固有特性，求n0，TN理想空载转速电势系数56直流电动机的机械特
23、2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制例题例题2-3 Z-86型他励直流电动机铭牌数据如下 PN=l0kW，UN=220V，IN=52.9A，nN=2250r/min。试求：解：解：（1）计算固有特性，求n0，TN57直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制例题例题2-3 Z-86型他励直流电动机铭牌数据如下 PN=l0kW，UN=220V，IN=52.9A，nN=2250r/min。试求：额定电磁转矩连接（0，n0）（TN，nN）两点，得固有特性。解：解：（1）计算固有特性，求n0，TN58直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制例题例题2-3 Z-86型他励直流电动机铭牌数据如下 PN=l0kW，UN=220V，IN=52.9A，nN=2250r/min。试求：解：解： （2）求额定输出转矩和空载转矩额定输出转矩空载转矩59直流电动机的机械特2.3 直流电动机的机械特性2.3.2 串励电动机的机械特性内容自学相同点：串励电机的电磁作用关系与他励直流电机相同；不同点：串励电机 励磁电流 IB = 电枢电流 Ia 60直流电动机的机械特
